基于安卓系統(tǒng)的道路養(yǎng)護(hù)信息采集系統(tǒng)研究

唐 棠 王俊驊

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201804）

改革開放以來(lái)我國(guó)的公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，截止2011年底，全國(guó)公路總里程達(dá)到410.64萬(wàn)km，其中高速公路規(guī)模達(dá)到8.49萬(wàn)km［1］。隨著公路建設(shè)不斷發(fā)展，道路養(yǎng)護(hù)所需的投入也越來(lái)越大。公路建設(shè)管理正在逐漸由初期的建設(shè)為主養(yǎng)護(hù)為輔，向建設(shè)養(yǎng)護(hù)并重發(fā)展。但是大規(guī)模的公路養(yǎng)護(hù)僅靠以前的人工管理方法已經(jīng)不能保證公路發(fā)揮其應(yīng)有的等級(jí)功能，公路養(yǎng)護(hù)需要向簡(jiǎn)單化、智能化、便捷化發(fā)展，以保證道路養(yǎng)護(hù)措施的科學(xué)合理。

在此背景之下，本文提出并實(shí)現(xiàn)了基于當(dāng)今流行的Android操作系統(tǒng)的道路養(yǎng)護(hù)信息采集系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，不僅簡(jiǎn)化了養(yǎng)護(hù)信息采集過(guò)程，也簡(jiǎn)化了養(yǎng)護(hù)信息的后期錄入過(guò)程。格式化錄入的養(yǎng)護(hù)信息有利于養(yǎng)護(hù)信息的批量處理，對(duì)于簡(jiǎn)化繁重的道路養(yǎng)護(hù)信息處理工作具有重要的意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用離線工作的方式，養(yǎng)護(hù)信息采集者運(yùn)用手機(jī)系統(tǒng)界面離線記錄養(yǎng)護(hù)信息。外業(yè)采集的信息以數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)的輕量化數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite3中。巡查工作獲得的數(shù)據(jù)可以按照表格的形式導(dǎo)出成Excel工作簿，將手機(jī)與電腦連接便可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦端處理。初次使用系統(tǒng)需初始化導(dǎo)入GPS樁號(hào)、道路編號(hào)信息等路段信息，實(shí)現(xiàn)某些特征字段的自動(dòng)化輸入。系統(tǒng)外業(yè)工作原理見圖1，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入見圖2。

圖1 系統(tǒng)外業(yè)工作原理示意圖

圖2 系統(tǒng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)輸出示意圖

1.2 系統(tǒng)功能模塊分類及設(shè)計(jì)

運(yùn)用功能模塊化的知識(shí)將系統(tǒng)劃分為幾個(gè)具有特定功能的模塊。模塊劃分示意圖見圖3，其中負(fù)責(zé)完成信息輸入的為路面病害信息輸入模塊、路基病害輸入模塊、沿線設(shè)施維護(hù)模塊、橋梁經(jīng)常檢查模塊、隧道經(jīng)常檢查模塊和涵洞經(jīng)常檢查模塊。照片管理模塊和信息與查詢模塊負(fù)責(zé)后期的養(yǎng)護(hù)信息修改與查看。最后3個(gè)模塊，即數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊、GPS樁號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)輸出模塊是用戶不可見的。設(shè)計(jì)中將它們封裝在不同的類中，通過(guò)類函數(shù)來(lái)調(diào)用模塊的功能。3個(gè)模塊作為前面8個(gè)模塊的支撐而設(shè)計(jì)。例如路面病害輸入模塊中的樁號(hào)獲取功能，其樁號(hào)的計(jì)算獲取過(guò)程需依托GPS樁號(hào)轉(zhuǎn)換模塊。

圖3 系統(tǒng)模塊劃分示意圖

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)養(yǎng)護(hù)信息采集對(duì)象的不同，采集的數(shù)據(jù)也不相同。針對(duì)不同的養(yǎng)護(hù)信息采集模塊需要分別進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

2.1 道路病害數(shù)據(jù)

道路病害分為3個(gè)大類，分別為路面病害、路基病害和沿線設(shè)施維護(hù)［2］。

（1）路面病害。我國(guó)高等級(jí)公路大部分為瀝青路面，所以本設(shè)計(jì)以瀝青路面的病害為對(duì)象設(shè)計(jì)。瀝青路面病害可歸納為11種，分別為：龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪擁包、泛油、修補(bǔ)。針對(duì)每種不同的病害，對(duì)其進(jìn)行描述的屬性也會(huì)更改。例如龜裂的損壞程度為輕、重、中3種，塊狀裂縫的損壞程度為輕、重2種。

（2）路基病害。路基病害歸納為8種，分別為：路肩邊溝不潔、路肩損壞、邊坡坍塌、水毀沖溝、路基構(gòu)造物損壞、路緣石缺損、路基沉降、排水系統(tǒng)淤塞。

（3）沿線設(shè)施維護(hù)。沿線設(shè)施維護(hù)歸納為5種，分別為：防護(hù)設(shè)施缺損、隔離柵損壞、標(biāo)志缺損、標(biāo)線缺損、綠化管護(hù)不善。

以上3種病害類型中1條病害記錄所需要包含的屬性主要為以下幾點(diǎn)：路線名稱、調(diào)查方向、調(diào)查時(shí)間、調(diào)查人員、樁號(hào)、路面寬度、調(diào)查內(nèi)容、損壞程度、損壞數(shù)量、單位、病害原因、病害位置、病害是否突出、是否罩面等。

2.2 橋梁病害數(shù)據(jù)

橋梁經(jīng)常檢查所需要完成的項(xiàng)目共有19種［3］，分別為：翼墻、耳墻、錐坡、護(hù)坡、橋臺(tái)、橋墩、基礎(chǔ)、地基沖刷、支座、上部結(jié)構(gòu)異常變形、橋與路連接、伸縮縫、橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、護(hù)欄、標(biāo)志、標(biāo)線、排水設(shè)施、照明系統(tǒng)、橋面清潔、調(diào)治構(gòu)造物、（其他）。

橋梁經(jīng)常檢查中1項(xiàng)項(xiàng)目所具有的屬性為：管理單位、路線編碼、路線名稱、橋位樁號(hào)、橋梁編碼、橋梁名稱、養(yǎng)護(hù)單位、負(fù)責(zé)人、記錄人、檢查日期、部件名稱、缺損類型、缺損范圍、保養(yǎng)措施意見。

2.3 隧道、涵洞病害數(shù)據(jù)

隧道經(jīng)常檢查的項(xiàng)目共有8種［4］，分別為：洞口、洞門、襯砌、路面、檢修道、排水設(shè)施、吊頂、內(nèi)裝。

隧道經(jīng)常檢查中1項(xiàng)項(xiàng)目所具有的屬性為：隧道名稱、左／右洞、隧道編碼、路線名稱、路線編碼、養(yǎng)護(hù)機(jī)構(gòu)、檢查日期、天氣狀況、檢查人、記錄人、里程樁號(hào)、項(xiàng)目名稱、檢查內(nèi)容、狀態(tài)描述、判定結(jié)論。

涵洞經(jīng)常檢查所需要完成的項(xiàng)目共有6種，分別為：進(jìn)水口、出水口、涵身兩側(cè)、涵身頂部、涵底鋪砌、涵附近填土。

涵洞經(jīng)常檢查中1項(xiàng)項(xiàng)目所具有的屬性為：線路名稱、路線編號(hào)、檢查單位、檢查人、記錄人、檢查時(shí)間、涵洞樁號(hào)、病害部位、病害名稱、病害數(shù)量、病害單位、病害描述、病害發(fā)展?fàn)顩r。

3 道路養(yǎng)護(hù)信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本信息采集系統(tǒng)基于Android手機(jī)系統(tǒng)開發(fā)。開發(fā)工具采用的是谷歌公司免費(fèi)提供的ADT套件。Google公司為簡(jiǎn)化環(huán)境的搭建操作，在下載的包中融合了Eclipse和ADT，開發(fā)者無(wú)需配置，解壓縮后下載需要的Platform后配置好SDK，運(yùn)行Eclipse即可開始創(chuàng)建Android應(yīng)用程序［5］。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程涉及許多關(guān)鍵技術(shù)，其中數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、GPS定位并自動(dòng)轉(zhuǎn)換樁號(hào)等是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入和簡(jiǎn)化錄入操作的重要技術(shù)，而數(shù)據(jù)庫(kù)按規(guī)則導(dǎo)出系統(tǒng)規(guī)定的excel數(shù)據(jù)表則是實(shí)現(xiàn)外業(yè)采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦實(shí)現(xiàn)電腦端自動(dòng)處理，完成自動(dòng)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)。

安卓中已經(jīng)封裝了對(duì)SQLite3數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，可以通過(guò)繼承SQLiteOpenHelper類來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)更新、建立數(shù)據(jù)表等操作［6］。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)首先需要建立業(yè)務(wù)存儲(chǔ)輔助類RoadMaintenaceDbAdapter，然后繼承SQLiteOpenHelper并實(shí)現(xiàn)相關(guān)方法，之后對(duì)RoadMaintenaceDbAdapter類設(shè)置初始化、打開數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，最后定義供外部調(diào)用的數(shù)據(jù)庫(kù)操作函數(shù)。

在安卓系統(tǒng)中可通過(guò)LocationManager系統(tǒng)服務(wù)獲得設(shè)備所在位置的經(jīng)緯度、海拔、速度等信息。但是如何將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換為樁號(hào)等道路相關(guān)信息則需要一定的算法。通常的想法是建立樁號(hào)與GPS位置信息對(duì)應(yīng)的表格，通過(guò)遍歷來(lái)實(shí)現(xiàn)樁號(hào)的匹配。但是當(dāng)樁號(hào)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)將會(huì)花費(fèi)比較長(zhǎng)的時(shí)間。為提高檢索效率，系統(tǒng)利用樁號(hào)連續(xù)的特點(diǎn)，將樁號(hào)值按順序讀入隊(duì)列中，并根據(jù)位置對(duì)隊(duì)列更新。隊(duì)列更新算法能減少查找時(shí)間，加快GPS樁號(hào)轉(zhuǎn)換速度。

數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)換為Excel工作簿是實(shí)現(xiàn)手機(jī)采集數(shù)據(jù)與電腦處理軟件對(duì)接的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出excel模塊需要完成將外業(yè)采集數(shù)據(jù)庫(kù)按照電腦端軟件可識(shí)別的信息結(jié)構(gòu)導(dǎo)出，以實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理得到評(píng)價(jià)結(jié)果。實(shí)現(xiàn)這一功能需要使用Java操作Excel的工具類庫(kù)jxl.jar。Java開發(fā)人員可以通過(guò)它讀取Excel文件的內(nèi)容、創(chuàng)建新的Excel文件、更新已經(jīng)存在的Excel文件。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢命令獲得的信息可以利用jxl.jar寫入Excel工作簿中。

4 道路養(yǎng)護(hù)信息采集系統(tǒng)應(yīng)用

道路養(yǎng)護(hù)信息采集系統(tǒng)可用于路面、路基、橋梁等的日常巡查信息錄入，下面以路面病害輸入為例對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行說(shuō)明。

將APP安裝到手機(jī)后，點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入首頁(yè)。首頁(yè)以九宮格設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同功能的導(dǎo)航。首頁(yè)設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 信息采集系統(tǒng)首頁(yè)功能導(dǎo)航布局

點(diǎn)擊路面病害圖標(biāo)，進(jìn)入輸入界面，見圖5。按照順序，依次完成路線名稱、調(diào)查方向等信息的錄入。其中調(diào)查時(shí)間和樁號(hào)可以通過(guò)輸入框旁的按鈕自動(dòng)獲取。輸入完成后可點(diǎn)擊本地存儲(chǔ)按鈕，存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。

圖5 路面病害輸入界面

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以現(xiàn)今流行的Android系統(tǒng)為基礎(chǔ)，針對(duì)目前道路養(yǎng)護(hù)信息采集工作以人工為主，工作效率低下的現(xiàn)狀，開發(fā)了適合于道路養(yǎng)護(hù)信息采集工作的Android軟件。軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)結(jié)合Android設(shè)備的功能加入了GPS定位獲取樁號(hào)、病害照片拍攝關(guān)聯(lián)、自動(dòng)獲取時(shí)間等功能，加快了信息輸入速度，也對(duì)傳統(tǒng)記錄信息加以補(bǔ)充。Android手機(jī)的普及，使得軟件的推廣不需要額外的硬件投入，系統(tǒng)在道路養(yǎng)護(hù)信息采集中具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2012：漢英對(duì)照［M］.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2012.

［2］ JTG H20－2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ JTG H11－2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ JTG H12－2003公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2003.

［5］ 吳亞峰，于復(fù)興.Android應(yīng)用開發(fā)完全自學(xué)手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［6］ 趙啟朋.Android典型技術(shù)模塊開發(fā)詳解［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.